JPH0364427A - Corrosion resistant zirconium alloy containing copper, nickel and iron - Google Patents

Corrosion resistant zirconium alloy containing copper, nickel and iron

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JPH0364427A
JPH0364427A JP2134236A JP13423690A JPH0364427A JP H0364427 A JPH0364427 A JP H0364427A JP 2134236 A JP2134236 A JP 2134236A JP 13423690 A JP13423690 A JP 13423690A JP H0364427 A JPH0364427 A JP H0364427A
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

PURPOSE: To prevent reaction of nuclear fuel rods with cooling water and moderators and the occurrence of trouble in a nuclear reactor by leakage of radioactive fission products by using a Zr alloy having a specific compsn. as coating materials of the nuclear fuel of the reactor, thereby improving uniform corrosion resistance and nodal corrosion resistance.
CONSTITUTION: Many pieces of the fuel elements 14 formed by forming the nuclear fuel rods 16 consisting of UO2, PuO2, etc., at centers and coating the outer side thereof with tubes 21 made of the Zr alloy contg., by weight%, 0.5 to 2.0% Sn, 0.24 to 0.40% (more particularly at least 0.05% Cu) solute, such as Cu, Ni or Fe and 0.09 to 0.16% O2, and consisting of the balance Zr via slight spacings 23 therebetween are arranged in cylindrical channels 11 within the fuel assembly 10 of the boiling water type nuclear reactor, etc. In such a case, the inner sides of the tubes 21 made of the Zr alloy are provided with thin barrier layers 22 consisting of sponge Zr. By which, the corroding and boring of the nuclear fuel rod coating pipes 21 made of the Zr alloy by the cooling water for heat transfer and steam ascending from being in the channels 11 and the occurrence of the accident that the radioactive fission products leak into the cooling water are drastically lessened.
COPYRIGHT: (C)1991,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 (1)発明の分野 本発明は原子炉用途のために使用するのに適したジルコ
ニウム基合金に関するものであって、更に詳しく言えば
、燃料要素の被覆材として使用するのに適したジルコニ
ウム基合金に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION (1) Field of the Invention The present invention relates to zirconium-based alloys suitable for use in nuclear reactor applications and, more particularly, to zirconium-based alloys suitable for use in nuclear reactor applications, and more particularly to zirconium-based alloys suitable for use in nuclear reactor applications. Zirconium-based alloys suitable for use as zirconium-based alloys.

(2)関連技術の説明 燃料要素用の被覆は幾つかの目的に役立つが、主たる機
能は次の2つである。第1は、核燃料と冷却材またはく
減速材の存在時には)減速材あるいは(冷却材および減
速材の共存時には)それら両者との接触および化学反応
を防止することである。第2は、気体状のものを含む放
射性核分裂生成物が核燃料から冷却材または減速材中に
放出されるのを防止することである。被覆が破損した場
合、すなわち密封性が失われた場合には、冷却材または
減速材および関連系統が長寿命の放射性核分裂生成物で
汚染され、そのために発電所の運転か妨げられることが
ある。
(2) Description of Related Art Coatings for fuel elements serve several purposes, but their two primary functions are: The first is to prevent contact and chemical reactions between the nuclear fuel and the coolant or moderator (if a moderator is present) or both (if a coolant and moderator coexist). The second is to prevent radioactive fission products, including gaseous ones, from being released from the nuclear fuel into the coolant or moderator. If the cladding is breached, or the seal is lost, the coolant or moderator and associated systems may become contaminated with long-lived radioactive fission products, thereby interfering with plant operation.

ジルコニウム基合金は、原子炉用の燃料要素の被覆材と
して長く使用されてきた。熱中性子断面積か小さいと同
時に、沸騰水型原子炉環境中における耐食性かほぼ満足
ずへきレヘルにあるという点で、ジルコニウムは望まし
い組合せの性質を有している。約12〜1.7%のスズ
、0.07〜02%の鉄、0.05〜0.15%のクロ
ム、0.03〜008%のニッケル、および0515%
までの酸素を含有するジルコニウム合金であるジルカロ
イ−2は原子炉用途において従来広く使用され、そして
現在でも使われ続けている。この合金は原子炉用途にと
って十分な性能を示すものであるか、同時に幾つかの欠
点をも有している。それらの欠点に刺激されて、性能の
改善をもたらすような材料を見出すための研究が行われ
てきた。たとえは、ジルカロイ−2製の被覆を有する燃
料要素を原子炉内において使用した場合、それは原子炉
の運転中に水素を吸収する。原子炉の運転か停止されて
被覆が冷却された場合、ジルカロイ−2は吸収した水素
のために脆化を生しる。ジルカロイ−2の改良を目的と
する研究の結果として開発された合金の]種かジルカロ
イ−4である。ジルコニウム4はジルコニウム−2に類
似しているが、ニッケル含量か少なく[最大0.007
(重量)%]かつ鉄含量が僅かに多い点で異なっている
。なお、ジルカロイ−2に対する改良合金としてのジル
カロイ−4は、ジルカロイ−2における水素の吸収を低
減させることを目的として開発されたものであった。本
明細書中においては、ジルカロイ−2およびジルカロイ
−4はジルカロイ合金またはジルカロイと呼ば°れる。
Zirconium-based alloys have long been used as cladding materials for fuel elements for nuclear reactors. Zirconium has a desirable combination of properties in that it has a small thermal neutron cross section and, at the same time, its corrosion resistance in a boiling water reactor environment is at an almost unsatisfactory level. Approximately 12-1.7% tin, 0.07-02% iron, 0.05-0.15% chromium, 0.03-008% nickel, and 0.0515%
Zircaloy-2, an oxygen-containing zirconium alloy, has been widely used in nuclear reactor applications and continues to be used today. While this alloy performs well for nuclear reactor applications, it also has some drawbacks. These shortcomings have stimulated research to find materials that provide improved performance. For example, when a fuel element with a Zircaloy-2 cladding is used in a nuclear reactor, it absorbs hydrogen during reactor operation. When the reactor is shut down and the cladding is cooled, Zircaloy-2 becomes embrittled due to absorbed hydrogen. Zircaloy-4 is a type of alloy developed as a result of research aimed at improving Zircaloy-2. Zirconium-4 is similar to Zirconium-2, but has a lower nickel content [up to 0.007
(weight)%] and slightly higher iron content. Note that Zircaloy-4, which is an improved alloy for Zircaloy-2, was developed for the purpose of reducing hydrogen absorption in Zircaloy-2. Zircaloy-2 and Zircaloy-4 are referred to herein as Zircaloy alloys or Zircaloys.

ジルカロイ合金は、核分裂反応に由来する放射線の存在
しない水中において原子炉運転温度(通例約290°C
)の下で試験した場合には最良の耐食性材料である。2
90℃の水中における腐食速度は極めて小さく、かつ腐
食生成物は強固に密着した均一な黒色ZrO2層である
。しかるに、実際の使用時におけるジルカロイ合金は、
照射を受けるはかりでなく、原子炉用水中に存在する放
射線分解生成物にも暴露される。このような条件下では
、ジルカロイ合金の耐食性は低下し、そしてそれの腐食
速度は増大するのである。
Zircaloy alloys can be used at nuclear reactor operating temperatures (usually around 290°C) in water where there is no radiation derived from nuclear fission reactions.
) is the best corrosion resistant material when tested under 2
The corrosion rate in water at 90° C. is extremely low, and the corrosion product is a tightly adhered and uniform black ZrO2 layer. However, in actual use, Zircaloy alloy
The instruments are not only irradiated but also exposed to radiolysis products present in the reactor water. Under such conditions, the corrosion resistance of the Zircaloy alloy decreases and its corrosion rate increases.

ジルコニウム基合金の耐食性を改善することに向(うら
れた研究努力は、幾つかの成果を生み出した。ある場合
には、材料の製造前または製造後において綿密に管理さ
れた熱処理を合金に施すことによって耐食性を向上させ
ることかできた。しがしなから、熱処理サイクルの追加
は一般に完成製品を得るための費用を増加させる。また
、据付けに際して溶接を行うことが必要とされる場合に
は、溶接作業の熱によって影響を受けた部位か製品の残
部と異なった耐食性を有する可能性も生しる。
Research efforts directed toward improving the corrosion resistance of zirconium-based alloys have yielded several results.In some cases, the alloys have been subjected to closely controlled heat treatments either before or after manufacturing the material. However, additional heat treatment cycles generally increase the cost of obtaining the finished product and, if welding is required during installation, There is also the possibility that the area affected by the heat of the welding operation has a different corrosion resistance than the rest of the product.

更にまた、照射を受けた場合におけるこれらの合金の耐
食性の低下を解決しようとする努力の中で、合金元素の
種類や合金元素の割合を変化させることも提唱された。
Furthermore, in an effort to overcome the reduced corrosion resistance of these alloys when subjected to irradiation, it has also been proposed to vary the types of alloying elements and the proportions of alloying elements.

実際の原子炉条件下におけるジルカロイ合金の耐食性の
低下は、腐食速度の−様な増大として現われるたけては
ない。詳しく述べれば、特に沸騰水型原子炉内のジルカ
ロイ合金管上においては、黒色ZrO2層の形成に加え
て、局部的または結節状の腐食現象の発生が認められる
ことがある。このような結節状の腐食反応は、腐食速度
を増大させるばかってなく、黒色Zr02層よりも密着
性が悪くかつ密度が小さい白色のZrO2ブルームを生
成するという点で極めて望ましくない。
The reduction in corrosion resistance of Zircaloy alloys under actual nuclear reactor conditions is not at all manifested as a -like increase in corrosion rate. Specifically, in addition to the formation of a black ZrO2 layer, localized or nodular corrosion phenomena are sometimes observed on Zircaloy alloy tubes in boiling water nuclear reactors. Such a nodular corrosion reaction is highly undesirable in that it not only increases the corrosion rate but also produces a white ZrO2 bloom that has poorer adhesion and less density than the black Zr02 layer.

結節状の腐食反応がもたらす腐食速度の増大は、被覆管
の実用寿命を短縮する傾向がある。また、かかる結節状
の腐食反応は原子炉の効率的な運転に対して有害な影響
を及ぼす。密着性の悪い白色のZrO2は、管から剥が
れ落ちて原子炉用水中に混入し易い。他方、結節状の腐
食生成物が剥がれ落ちないにしても、結節状の腐食生成
物が増殖して密度の小さい白色のZrO2が管の全部ま
たは大部分を覆った場合には、管を通して熱が水中に伝
達される効率は低下する。
The increased corrosion rate resulting from nodular corrosion reactions tends to shorten the service life of the cladding. Additionally, such nodular corrosion reactions have a detrimental effect on the efficient operation of a nuclear reactor. White ZrO2, which has poor adhesion, easily peels off from the tube and mixes into the reactor water. On the other hand, even if the nodular corrosion products do not flake off, if the nodular corrosion products multiply and cover all or most of the pipe with white ZrO2 of low density, heat will be transferred through the pipe. The efficiency with which it is transferred into the water is reduced.

原子炉内において起こる照射を模擬する目的で放射線源
を使用することは不可能であるから、通常の実験的研究
のために実際の原子炉条件を再現することは容易でない
。その上、原子炉内における実際の使用によってデータ
を得ることは極めて長い時間のかかる作業である。この
ような理由に] 0 より、結節状の腐食をもたらす正確な腐食機序を説明す
る決定的な証拠はこれまで得られていなかった。その結
果、他種の合金か結節状腐食を受は易いかとうかを確か
めるためには、該合金から作製された試験片を実際に原
子炉内に配置してみる以外にほとんど方法がなかったの
である。
Since it is not possible to use radiation sources to simulate the irradiation that occurs within a nuclear reactor, it is not easy to reproduce actual reactor conditions for routine experimental studies. Moreover, obtaining data from actual use within a nuclear reactor is an extremely time consuming task. For this reason] 0, no conclusive evidence explaining the exact corrosion mechanism leading to nodular corrosion has so far been obtained. As a result, the only way to determine whether other types of alloys were susceptible to nodular corrosion was to actually place test specimens made from the alloys in a nuclear reactor. be.

(放射線の存在を除き〉原子炉内において通例見られる
条件、すなわち約300°Cおよび1100Qpsiの
条件下て水中において実験室内試験を行った場合、原子
炉内て実際に使用されたジルカロイ合金上に見られるよ
うな結節状の腐食生成物はジルカロイ合金上に生成しな
い。しかるに、500℃以上に上昇させた温度および1
500psigにまで上昇させた圧力の下で蒸気に暴露
すると、原子炉内において使用されたジルカロイ合金上
に見られるような結節状の腐食生成物を実験室内試験に
よってジルカロイ合金上に生成させることができる。特
に、750℃で48時間にわたる焼なましを施したジル
カロイ合金の試験片はかかる試験条件下で結節状腐食を
受は易い。すなわち、上記のことき焼なましを施したジ
ルカロイ合金の試験片を比較的短い時間(すなわち24
時間)にわたって試験した場合には、原子炉内において
実際に使用したジルカロイ合金製の被覆管が受けるのと
同等な結節状腐食が生じるのである。このように高い温
度および圧力の下では原子炉内環境を模擬することがで
きるわけで、それによって研究者は新しい合金の結節状
腐食に対する感受性を判定することか可能となる。この
ような試験方法を使用すれは、新しい合金の試験片およ
びジルカロイ合金の試験片を同し条件下て試験して比較
することかできるわけである。
(Excluding the presence of radiation) When laboratory tests are carried out in water under conditions commonly found in nuclear reactors, i.e. approximately 300°C and 1100 Qpsi, it has been found that Nodular corrosion products such as those seen do not form on Zircaloy alloys.However, at elevated temperatures above 500°C and
Exposure to steam under pressures elevated to 500 psig can produce nodular corrosion products on Zircaloy alloys in laboratory tests, such as those seen on Zircaloy alloys used in nuclear reactors. . In particular, Zircaloy specimens annealed at 750° C. for 48 hours are susceptible to nodular corrosion under such test conditions. That is, a Zircaloy alloy specimen subjected to the above-mentioned annealing was heated for a relatively short period of time (i.e., 24
When tested over an extended period of time, the test results in nodular corrosion comparable to that experienced by Zircaloy cladding used in actual nuclear reactors. These high temperatures and pressures can simulate the environment inside a nuclear reactor, allowing researchers to determine the susceptibility of new alloys to nodular corrosion. Using this test method, specimens of the new alloy and specimens of the Zircaloy alloy can be tested and compared under the same conditions.

ジルカロイ合金に対する代替物として有用と考えられる
新規な合金は、結節状腐食に対してジルカロイ合金より
も低い感受性を有する必要があるばかりてなく、十分な
実用寿命を確保するためにジルカロイ合金の場合と同等
な満足すべき一様腐食速度を保持していなければならな
い。ジルカロイ合金は燃料棒被覆材として広く使用され
てきたのであって、数多くの望ましい性質を有すること
が知られているが、代替合金もそれらの性質を有するこ
とが必要である。詳しく述べれは、ジルカロイ合金は中
性子吸収断面積が小さく、750°Fより低い温度下で
は強靭で延性に富みかつ極めて安定であり、しかも前述
のごとく原子炉運転温度下にある水中において優れた一
様腐食抵抗性を示すのである。
New alloys that are considered useful as replacements for Zircaloy alloys must not only have lower susceptibility to nodular corrosion than Zircaloy alloys, but must also have a lower susceptibility than Zircaloy alloys to ensure adequate service life. An equivalent and satisfactory uniform corrosion rate must be maintained. Although Zircaloy alloys have been widely used as fuel rod cladding materials and are known to have a number of desirable properties, there is a need for alternative alloys to also have these properties. Specifically, Zircaloy alloys have a small neutron absorption cross section, are tough, ductile, and extremely stable at temperatures below 750°F, and as mentioned above, have excellent uniformity in water at reactor operating temperatures. It exhibits corrosion resistance.

他方、燃料要素の性能を調べたところ、核燃料、被覆お
、よひ(核分裂反応によって生じる)核分裂生成物の間
における複合的な相互作用のために被覆の脆性破壊が起
こるという問題が発見された。
On the other hand, when examining the performance of fuel elements, it was discovered that brittle failure of the cladding occurs due to the complex interactions between the nuclear fuel, the cladding, and the fission products (produced by the fission reaction). .

その上、かかる望ましくない性能は核燃料と被覆との間
の熱膨張の違いおよび摩擦に原因する局部的な機械的応
力が被覆に加わるために生じることも判明した。すなわ
ち、原子炉の運転に際しては核分裂連鎖反応によって核
分裂生成物が核燃料中に生しるが、これらの核分裂生成
物は核燃料から放出されて被覆表面に存在することにな
る。ヨウ素やカドミウムのごとき特定の核分裂生rIj
、物の存在下で局部的な応力やひずみが加わると、応力
腐食割れまたは液体金属脆化として知られる現象によっ
て被覆の破壊が起こり得るのである。
Moreover, it has been found that such undesirable performance is caused by localized mechanical stresses on the cladding due to differences in thermal expansion and friction between the nuclear fuel and the cladding. That is, during operation of a nuclear reactor, fission products are generated in the nuclear fuel due to a nuclear fission chain reaction, and these fission products are released from the nuclear fuel and exist on the coating surface. Certain fission products such as iodine and cadmium
The application of local stress or strain in the presence of objects can cause coating failure through a phenomenon known as stress corrosion cracking or liquid metal embrittlement.

発明の要約 本発明は、耐食性ジルコニウム合金およびかかる耐食性
ジルコニウム合金製の管から構成された被覆容器を含む
耐食性燃料要素に関する。実施の一態様に従えば、約0
.5〜2,0(重量)%のスズ、約0.24〜0.40
(重量)%の溶質および残部のジルコニウムから成って
いて、溶質が銅、ニッケルおよび鉄から成り、かつ銅の
含量が少なくとも0.05(重量)%であるような第1
の耐食性合金が提供される。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a corrosion resistant fuel element that includes a corrosion resistant zirconium alloy and a cladding vessel constructed from a tube made of such corrosion resistant zirconium alloy. According to one embodiment, about 0
.. 5-2.0% (by weight) tin, about 0.24-0.40
(by weight)% solute and the balance zirconium, the solute consisting of copper, nickel and iron, and the copper content being at least 0.05% (by weight).
Corrosion resistant alloys are provided.

別の実施の態様に従えば、約0.5〜2,0(重量)%
のスズ、それぞれ0.05〜0.20(重量)%の含量
で存在する銅、鉄およびニッケルから組成された溶質、
並びに残部のジルコニウムから成るような第2の耐食性
合金が提供される。
According to another embodiment, about 0.5-2.0% (by weight)
of tin, a solute composed of copper, iron and nickel, each present in a content of 0.05-0.20% (by weight);
and a balance zirconium.

更に別の実施の態様に従えば、 約0.5〜2.0(重
量〉%のスズ、約0.25〜0.35(重量)%の溶質
および残部のジルコニウムから成っていて、3 4 溶質が銅およびニッルから成り、かつ銅の含量が少なく
とも005(重量〉%であるような第3の耐食性合金が
提供される。
According to yet another embodiment, the composition comprises about 0.5-2.0% (by weight) tin, about 0.25-0.35% (by weight) solute, and the balance zirconium; A third corrosion-resistant alloy is provided, wherein the solute consists of copper and nickel, and the copper content is at least 0.05% (by weight).

これらの合金は、水および蒸気を用いた試験に際して満
足すべき一様腐食速度を保持しなから、高い圧力および
温度下での蒸気暴露試験に際して結節状腐食抵抗性の向
上を示すのである。
These alloys maintain satisfactory uniform corrosion rates when tested with water and steam, and exhibit improved nodular corrosion resistance when exposed to steam at elevated pressures and temperatures.

」1記のことき第1、第2または第3のジルコニウム合
金を用いて細長い被覆容器を製造することによって耐食
性燃料要素が得られる。
A corrosion-resistant fuel element is obtained by fabricating an elongated cladding vessel using the first, second, or third zirconium alloy as described in paragraph 1 above.

改良された耐食性燃料要素はまた、ジルカロイ合金管の
外側に表面層を冶金的に結合して成るような複合被覆容
器を用いて製造することもてきる。
Improved corrosion resistant fuel elements can also be produced using composite coated vessels, such as those made by metallurgically bonding a surface layer to the outside of a Zircaloy alloy tube.

かかる表面層は上記のごとき第■、第2または第3のジ
ルコニウム合金から成ると共に、ジルカロイ合金管の厚
さの約5〜20%に等しい厚さを有する。かかる表面層
は、ジルカロイ合金管に対する結節状腐食作用を防止す
るのに十分な厚さを持った保護遮蔽体を或ず。
Such surface layer is comprised of the zirconium alloy No. 1, second or third as described above, and has a thickness equal to about 5 to 20% of the thickness of the zircaloy alloy tube. Such surface layer does not provide a protective shield of sufficient thickness to prevent nodular corrosion effects on the Zircaloy alloy tube.

更にまた、結節状腐食、応力腐食割れおよび液体金属脆
化に対する抵抗性を有するような複合被覆容器を用いて
燃料要素を製造することもできる。
Additionally, fuel elements may be manufactured using such composite coated vessels that are resistant to nodular corrosion, stress corrosion cracking, and liquid metal embrittlement.

かかる複合被覆容器は、ジルカロイ合金管の外側に耐食
性の表面層を冶金的に結合すると共に、ジルカロイ合金
管の内側にジルコニウムの隔壁層を冶金的に結合して成
るものである。かかる内部の隔壁層はスポンジ状ジルコ
ニウムのごとき中純度のジルコニウムから成ると共に、
ジルカロイ合金管の厚さの約1〜30%に等しい厚さを
有する。
Such a composite coated container is formed by metallurgically bonding a corrosion-resistant surface layer to the outside of a Zircaloy alloy tube and metallurgically bonding a zirconium barrier layer to the inside of the Zircaloy alloy tube. Such internal barrier layer is comprised of medium purity zirconium, such as spongy zirconium, and
It has a thickness equal to about 1-30% of the thickness of the Zircaloy alloy tube.

他方、外部の表面層は上記のごとき第1、第2または第
3のジルコニウム合金から成ると共に、ジルカロイ合金
管の厚さの約5〜20%に等しい厚さを有する。
The outer surface layer, on the other hand, is comprised of the first, second or third zirconium alloy as described above and has a thickness equal to about 5-20% of the thickness of the zircaloy alloy tube.

ジルコニウム合金から成る被覆容器を製造するためには
、上記のごとき第1、第2または第3のジルコニウム合
金から成る押出ビレットが約590〜650°Cに加熱
され、次いで押出しによって管状に成形される。こうし
て得られた管に標準的な減径操作および約570〜59
0℃における熱処理を施すことにより、所望の管寸法お
よび機械的性質が得られる。燃料要素において使用され
るジルコニウム合金管の標準的な減径操作とはピルカー
圧延法である。ピルガ−圧延法とは、管の外面上を走行
する回転ダイス型を使用することにより、管の内側に配
置された固定心金に対して管を鍛造するような減径操作
である。
To produce a coated container made of a zirconium alloy, an extruded billet made of a first, second or third zirconium alloy as described above is heated to about 590-650°C and then formed into a tubular shape by extrusion. . The tube thus obtained is subjected to standard diameter reduction operations and approximately 570-59
Heat treatment at 0° C. provides the desired tube dimensions and mechanical properties. The standard diameter reduction operation for zirconium alloy tubes used in fuel elements is Pilker rolling. Pilger rolling is a diameter reduction operation in which the tube is forged against a fixed mandrel placed inside the tube by using a rotating die that runs over the outside surface of the tube.

複合被覆容器を製造するためには、ジルカロイ合金から
成る管素材が用意され、そしてそれの外側に外管が配置
される。この外管は、上記のことき第1、第2または第
3のジルコニウム合金から戒っている。かかる集合体が
590〜650°Cの範囲内の温度に加熱され、そして
押出される。その過程において、2種のジルコニウム合
金間に冶金的結合が生じる。次いで、減径操作および5
70〜590℃における熱処理を施すことによって所望
の管寸法および機械的性質が得られる。上記の外管は、
少なくとも、減径後においてジルカロイ合金管の厚さの
約5〜20%に相当する表面層を与えるような厚さを有
している。
To produce a composite coated container, a tube stock of Zircaloy alloy is prepared and an outer tube is placed on the outside thereof. The outer tube is made of the first, second or third zirconium alloy as described above. Such a mass is heated to a temperature within the range of 590-650°C and extruded. In the process, a metallurgical bond is created between the two zirconium alloys. Then a diameter reduction operation and 5
The desired tube dimensions and mechanical properties are obtained by heat treatment at 70-590°C. The above outer tube is
At least, the thickness is such as to provide a surface layer corresponding to about 5 to 20% of the thickness of the Zircaloy alloy tube after diameter reduction.

もう1種の複合被覆容器を製造するためには、ジルカロ
イ合金から成る管素材が用意され、そしてそれの外側に
外管が配置される。この外管は、上記のごとき第1、第
2または第3のジルコニウム合金から成っている。また
、隔壁層形成用の金属から成る中空のつはか管素材の内
側に配置される。この中空のつばは、スポンジ状ジルコ
ニウムのごとき中純度のジルコニウムから成っている。
To produce another type of composite coated container, a tube stock of Zircaloy alloy is provided and an outer tube is placed on the outside thereof. The outer tube is comprised of a first, second or third zirconium alloy as described above. Further, it is placed inside a hollow hollow tube material made of metal for forming a partition layer. This hollow collar is made of medium purity zirconium, such as spongy zirconium.

かかる集合体を590〜650℃に加熱して押出すこと
により、外部の表面層と管素材との間および内部の隔壁
層と管素材との間に冶金的結合が生しる。次いで、減径
操作および570〜590℃における熱処理を施すこと
によって所望の管寸法および機械的性質が得られる。上
記のごとき外管および中空のつばは、少なくとも、減径
後においてジルカロイ合金管の厚さの約5〜20%に相
当する外部の表面層を与えかつジルカロイ合金管の厚さ
の約1〜30%に相当する内部の隔壁層を与えるような
厚さを有している。
By heating and extruding such an assembly to 590-650° C., a metallurgical bond is created between the outer surface layer and the tube stock and between the inner partition layer and the tube stock. The desired tube dimensions and mechanical properties are then obtained by a diameter reduction operation and heat treatment at 570-590°C. The outer tube and hollow collar as described above provide an outer surface layer that is at least about 5-20% of the thickness of the Zircaloy tube after diameter reduction and about 1-30% of the thickness of the Zircaloy tube. % of the internal barrier layer.

上記のごとき被覆容器および複合被覆容器内には、該容
器との間に間隙を残すようにして核燃料 7 ] 8 物質が封入される。隔壁層を有する複合被覆容器におい
ては、隔壁層は該容器内に保持された核燃料物質から合
金管を保護すると共に、核分裂生成物およびカスがら合
金管を保護するためにも役立つ。それの純度に基づき、
隔壁層は照射時にも軟らかい状態を保って燃料要素内の
局部的な応力を低減させ、それによって合金管の応力腐
食割れまたは液体金属脱化を防止するために役立つので
ある。
A nuclear fuel substance is sealed in the above-mentioned coated container and composite coated container so as to leave a gap with the container. In a composite cladding vessel having a barrier layer, the barrier layer protects the alloy tube from the nuclear fuel material held within the vessel and also serves to protect the alloy tube from fission products and debris. Based on its purity,
The barrier layer remains soft during irradiation to reduce local stresses within the fuel element, thereby helping to prevent stress corrosion cracking or liquid metal desorption of the alloy tube.

上記のごとき第1、第2および第3のジルコニウム合金
並びに隔壁層を本発明の燃料要素において使用した場合
、顕著な中性子吸収増加の問題、伝熱障害の問題、ある
いは材料不適合性の問題が引起こされることはない。
The use of the first, second, and third zirconium alloys and barrier layers as described above in the fuel elements of the present invention may result in significant neutron absorption increase problems, heat transfer impairment problems, or material incompatibility problems. It won't wake you up.

発明の詳細な説明 本発明の合金は原子炉用途にとって十分なものと考えら
れる一様腐食抵抗性を示すのであって、その抵抗性はジ
ルカロイ合金が有する優れた一様腐食抵抗性とほぼ同等
である。本発明の合金はまた、結節状腐食抵抗性の向上
をも示す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The alloy of the present invention exhibits uniform corrosion resistance that is considered sufficient for nuclear reactor applications, and that resistance is approximately comparable to the excellent uniform corrosion resistance of Zircaloy alloys. be. The alloys of the present invention also exhibit improved nodular corrosion resistance.

ジルコニウムに対するスズの添加は、ジルカロイおよび
その他公知のジルコニウム基合金によって実証されるご
とく、本発明以前にも実行されてきた。スズの存在はα
型のジルコニウムを安定化し、それにより主として合金
の強度に寄与するが、−様腐食抵抗性もスズによって多
少向上する。スズの含量が約0.5(重量)%より少な
いと、得られる合金の水中における一様腐食速度は許容
し得ないほどに大きくなることが判明している。またス
ズの含量が約20(重量)%より多いと、得られる合金
は蒸気を用いた実験室内試験において許容し得ないほど
高いレベルの促進腐食を示す。従って本発明の合金は、
約05〜約2.0〈重量〉%、好ましくは約10〜約1
.5(重量)%、そして最も好ましくは約1.5(重量
)%のスズ含量を有する。本発明の合金はまた、「溶質
」と総称される特定の追加合金元素をも含有している。
The addition of tin to zirconium has been practiced prior to the present invention, as exemplified by Zircaloy and other known zirconium-based alloys. The presence of tin is α
Although it stabilizes the zirconium in the mold and thereby primarily contributes to the strength of the alloy, the -like corrosion resistance is also improved somewhat by tin. It has been found that when the tin content is less than about 0.5% (by weight), the uniform corrosion rate of the resulting alloy in water becomes unacceptably high. Also, when the tin content is greater than about 20% (by weight), the resulting alloy exhibits unacceptably high levels of accelerated corrosion in laboratory tests using steam. Therefore, the alloy of the present invention is
About 0.5% to about 2.0% (by weight), preferably about 10% to about 1%
.. It has a tin content of 5% (by weight), and most preferably about 1.5% (by weight). The alloys of the present invention also contain certain additional alloying elements, collectively referred to as "solutes."

本発明の合金における溶質はジルカロイ合金中に見出さ
れる追加合金元素とは異なるものであって、主として結
節状腐食抵抗性の相対的な向上に寄与する。
The solutes in the alloys of the present invention are distinct from the additional alloying elements found in Zircaloy alloys and primarily contribute to the relative improvement in nodular corrosion resistance.

なお、本発明の合金中には通常の不純物も存在する。It should be noted that normal impurities are also present in the alloy of the present invention.

本発明の合金はまた、所望に応して約0.09〜0.1
6(重量)%の酸素をも含有し得る点に留意されたい。
The alloys of the present invention may also optionally contain about 0.09 to 0.1
Note that it may contain as much as 6% (by weight) oxygen.

本発明の合金のごときジルコニウム基合金を製造するた
めに使用される市販のスポンジ状ジルコニウムの多くは
少量の酸素を含有しているが、その量は概して800〜
1300ppmN度である。場合によっては、合金中の
酸素含量を増加させるのが望ましいこともある。酸素の
増加は、室温降伏強さを向上させる方法の1っである。
Many of the commercially available spongy zirconiums used to make zirconium-based alloys, such as those of the present invention, contain small amounts of oxygen;
It is 1300 ppmN degree. In some cases, it may be desirable to increase the oxygen content in the alloy. Increasing oxygen is one way to improve room temperature yield strength.

このように、本発明の合金は所望に応じ酸素を追加しな
がら製造することができるが、酸素の追加は合金の耐食
性にほとんどもしくは全く影響を及はさない。
Thus, the alloys of the present invention can be manufactured with added oxygen if desired, but the addition of oxygen has little or no effect on the corrosion resistance of the alloy.

沸騰水型原子炉内において燃料被覆材として使用するた
めのジルコニウム基合金に添加ずへき合金元素を選択す
る際には、幾っがのパラメータを考慮する必要がある。
A number of parameters need to be considered when selecting alloying elements to be added to a zirconium-based alloy for use as a fuel cladding in a boiling water nuclear reactor.

核分裂反応の生成物が燃料被覆材を容易に通過し、それ
によって沸騰水型原子炉の運転効率ができるだけ高くな
るようにするため、該合金元素の熱中性子断面積は比較
的小さくなければならない。材料の価格を考慮に入れる
ことも必要であって、それは不当に高いものであっては
ならない。また、該合金元素を含有するジルコニウム基
合金の製造の難易度も考慮する必要がある。更にまた、
該合金元素が実際の沸騰水型原子炉条件またはそれの模
擬条件下においてジルコニウムの耐食性を向上させるこ
とも望まれる。
The thermal neutron cross-section of the alloying elements must be relatively small so that the products of the fission reaction can easily pass through the fuel cladding, so that the operating efficiency of the boiling water reactor is as high as possible. It is also necessary to take into account the price of the materials, which should not be unreasonably high. It is also necessary to consider the degree of difficulty in producing a zirconium-based alloy containing the alloying element. Furthermore,
It is also desired that the alloying elements improve the corrosion resistance of zirconium under actual or simulated boiling water reactor conditions.

かつて原子炉用途のために検討されたことがある元素な
らば、該元素の熱中性子断面積は一般に既知の特性であ
る。材料の価格は、歴史的な価格データを考慮し、また
必要に応じ外挿を行うことによって確認することかでき
る。本発明合金の製造方法は通常のジルコニウム基合金
製造方法と同様であり、従って製造の容易さは簡単に予
測することができる。好適な合金製造製造方法としては
、ジルコニウム基合金1への中空部分内に適量の合金元
素を封入したものをアーク融解する方法が挙げられる。
If an element has ever been considered for nuclear reactor applications, its thermal neutron cross section is generally a known property. Material prices can be ascertained by considering historical price data and making extrapolations as necessary. The method for producing the alloy of the present invention is similar to that for producing conventional zirconium-based alloys, and therefore the ease of production can be easily predicted. A suitable alloy manufacturing method includes a method of arc melting a zirconium-based alloy 1 in which an appropriate amount of alloying elements are sealed in a hollow portion.

こうして得られた溶融金属を合金ヒレッ1 2 1〜として鋳造した後、それに仕」二操作を施すことに
よって最終の成形品が得られる。
After the molten metal thus obtained is cast as an alloy fillet 121~, a final molded article is obtained by subjecting it to several finishing operations.

−iに、これらのパラメータの内で予測の最も難しいも
のは、問題の合金元素が耐食性の向上に寄与するかどう
かの判定である。
-i, the most difficult of these parameters to predict is determining whether the alloying element in question contributes to improved corrosion resistance.

本発明に基づくジルコニウム合金は、結節状腐食抵抗性
を判定するための試験においてジルカロイ−2よりも実
質的に優れた性能を示すことが判明した。これらの合金
はまた、−様腐食抵抗性を判定するための試験において
も良好な性能を示す。
Zirconium alloys according to the invention have been found to perform substantially better than Zircaloy-2 in tests to determine nodular corrosion resistance. These alloys also perform well in tests to determine -like corrosion resistance.

詳しく述べれば、第1の合金は0.5〜2.0(重量)
%のスズ、約0,24〜0.40(重量)%の溶質およ
び残部のジルコニウムがら或っていて、溶質が銅、ニッ
ケルおよび鉄がら戒り、がっ銅の含量が少なくとも0.
05(重量〉%であるようなものである。第2の合金は
、約05〜20(重量)%のスズ、それぞれ0.05〜
0.20(重量)%の含量で存在する銅、鉄およびニッ
ケルから組成さi″LfSLfS溶質残部のジルコニウ
ムから成るようなものである。第3の合金は約0.5〜
2.o(重量)%のスズ、約025〜O35〈重量〉%
の溶質および残部のジルコニウムがら成っていて、溶質
が銅およびニッケルから成り、かつ銅の含量が少なくと
も0.05(重量)%であるようなものである。
Specifically, the first alloy is 0.5 to 2.0 (by weight)
% of tin, about 0.24-0.40% (by weight) of solute and the balance zirconium, and the solute contains copper, nickel and iron, and the content of copper is at least 0.24-0.40% (by weight).
0.05% (by weight). The second alloy contains about 0.05% to 20% (by weight) tin, respectively 0.05% to 20% (by weight) tin.
The third alloy is such that it is composed of copper, iron and nickel present in a content of 0.20% (by weight) i''LfSLfS solute balance zirconium.
2. o (wt)% tin, approximately 025-035 (wt)%
of solute and the remainder zirconium, the solute being of copper and nickel, and the copper content being at least 0.05% (by weight).

溶質元素としての銅、ニッケルおよび鉄は、ジルコニウ
ム基合金にとって望ましい様々な性質を有している。か
かる性質としては、熱中性子断面積が小さいこと、価格
が安いこと、合金化が容易であること、および優れた耐
食性を与えることが挙けられる。
Copper, nickel, and iron as solute elements have various properties that are desirable for zirconium-based alloys. Such properties include low thermal neutron cross sections, low cost, ease of alloying, and providing excellent corrosion resistance.

本発明に基づく各種の合金に関し、−様腐食抵抗性およ
び結節状腐食抵抗性の試験を行った。これらの試験の結
果、熱処理に対する感受性の比較的低い合金において、
ジルカロイ−2の場合とほぼ同じ一様腐食抵抗性を保持
しながら、結節状腐食に対する感受性の劇的な低下を達
成し得ることが判明した。すなわち、0.24(重量)
%から0740(重量)%までの範囲内の溶質含量を有
する合金について試験を行ったところ、それらはジルカ
ロイ−2の性能に比べて一層優れた結節状腐食抵抗性を
示すことが判明した。
Various alloys according to the invention were tested for -like corrosion resistance and nodular corrosion resistance. As a result of these tests, in alloys with relatively low sensitivity to heat treatment,
It has been found that a dramatic reduction in susceptibility to nodular corrosion can be achieved while retaining approximately the same uniform corrosion resistance as with Zircaloy-2. That is, 0.24 (weight)
Alloys having solute contents in the range of 0.74% to 0.740% (by weight) were tested and found to exhibit superior nodular corrosion resistance compared to the performance of Zircaloy-2.

また、溶質として銅およびニッケルを含有する合金は、
結節状腐食に対するジルカロイ−2の感受性を増大させ
る750℃で48時間の焼なましを施した場合に結節状
腐食抵抗性の大幅な向上を示した。ジルコニウム合金管
は、それらの製造に際して数回にわたる熱処理を受ける
。それ故、溶質として銅およびニッケルを含有するジル
コニウム合金は、管の製造に際して適切な熱処理を受け
た場合に結節状抵抗性の向上を示すことになる。
In addition, alloys containing copper and nickel as solutes are
A significant improvement in nodular corrosion resistance was shown when subjected to a 48 hour annealing at 750° C. which increases the susceptibility of Zircaloy-2 to nodular corrosion. Zirconium alloy tubes undergo several heat treatments during their manufacture. Therefore, zirconium alloys containing copper and nickel as solutes will exhibit improved nodule resistance when subjected to appropriate heat treatment during tube manufacture.

ここで第1図を見ると、本発明に従って製造された耐食
性燃料を含む燃料集合体1oの部分切欠き断面図が示さ
れている。かがる燃料集合体10は概して正方形の横断
面を持った筒形のチャネル11を含んでいて、それの上
端には吊下げ用の取手12が備わり、またそれの下端に
はノースピースが備わっている(ただし燃料集合体1o
の下部が省略されているため図示されてはいない)。チ
ャネル11の上端は13の所で開放されており、またノ
ーズピースの下端には冷却材流入用の開口が設けられて
いる。チャネル1内には1群の燃料要素(または燃料棒
)14が配列され、そして上部タイプレート15および
下部タイプレート(下部省略のため図示されていない)
により支持されている。通例、液体冷却材はノースピー
スの下端にある開口から流入し、燃料要素14の周囲を
上方へ通過し、そして高温状態で上部の出口13から流
出する。その場き、沸騰水形原子炉ならば冷却材は部分
的に気化した状態にあり、また加圧水層原子炉ならば気
化しない状態にある。
Turning now to FIG. 1, there is shown a partially cut away cross-sectional view of a fuel assembly 1o containing a corrosion resistant fuel made in accordance with the present invention. The bending fuel assembly 10 includes a cylindrical channel 11 of generally square cross section, provided at its upper end with a hanging handle 12 and provided with a north piece at its lower end. (However, fuel assembly 1o
(not shown as the lower part of the figure has been omitted). The upper end of the channel 11 is open at 13, and the lower end of the nosepiece is provided with an opening for the inflow of coolant. A group of fuel elements (or fuel rods) 14 is arranged within the channel 1, and an upper tie plate 15 and a lower tie plate (not shown due to the omission of the lower part).
Supported by Typically, liquid coolant enters through an opening at the lower end of the northpiece, passes upwardly around the fuel element 14, and exits hot through an outlet 13 at the top. At that point, the coolant is partially vaporized in a boiling water reactor, and is not vaporized in a pressurized water reactor.

燃料要素]4の両端は、被覆容器コツに溶接された端栓
18によって密封されている。端栓】、8にはまた、燃
料集合体中への燃料要素の取付けを容易にするための支
柱19が備わっていることもある。燃料要素14の一端
には空所(またはプレナム)20が設けられているが、
これは核燃料物質の縦方向の膨張および核燃料物質から
放出されたカスの蓄積を可能にする。空所20の内部に
は、つる巻き部材から成る核燃料物質保持手段24か配
置されているが、これは特に燃料要素の取扱い 5 26〜 や輸送に際して核燃料物質の中心芯材]6の軸方向移動
を防止するために役立つ。
Both ends of the fuel element] 4 are sealed by end plugs 18 welded to the jacket cap. The end plug 8 may also be provided with a strut 19 to facilitate installation of the fuel element into the fuel assembly. A cavity (or plenum) 20 is provided at one end of the fuel element 14;
This allows longitudinal expansion of the nuclear fuel material and accumulation of debris released from the nuclear fuel material. Inside the cavity 20, a nuclear fuel material holding means 24 made of a helical member is arranged, which is particularly useful for handling the fuel elements and transporting the nuclear fuel material in the axial direction. Helps prevent this.

かかる燃料要素14は、被覆容器17と中心芯材16と
の間に優れた熱伝導が得られ、寄生的な中性子吸収が最
少限に抑えられ、がっ冷却材が高速で流れることによっ
て時折生じる弓そりゃ振動が回避されるように設計され
ている。
Such a fuel element 14 provides excellent heat transfer between the cladding vessel 17 and the central core 16 and minimizes parasitic neutron absorption, which sometimes occurs due to high velocity coolant flow. The bow is designed to avoid vibrations.

第1図中には、本発明に従って製造された燃料要素(ま
たは燃料m)1.4が部分断面図によって示されている
。かかる燃料要素14は、被覆容器17の内部に配置さ
れた核分裂性物質および(または〉燃料親物質から成る
多数の燃料ペレットによって構成された核燃料物質の中
心芯材16を含んている。場合によっては、燃料ペレッ
トが円柱状や球状など各種の形状を有することがあり、
またその他の形態(たとえば粒状)の核燃料物質が使用
されることもある。なお、核燃料物質の物理的形態は本
発明にとって重要てない。ウラン化合物、プルトニウム
化合物、トリウム化合物およびそれらの混合物をはじめ
とする各種の核燃料物質が使用てきるが、好適なものは
二酸化ウランまたは二酸化ウランと二酸化プルトニウム
との混合物である。
In FIG. 1, a fuel element (or fuel m) 1.4 produced according to the invention is shown in partial section. Such a fuel element 14 includes a central core 16 of nuclear fuel material constituted by a number of fuel pellets of fissile material and/or fuel parent material disposed inside a cladding vessel 17. , fuel pellets may have various shapes such as cylindrical or spherical.
Other forms (eg, granular) of nuclear fuel material may also be used. It should be noted that the physical form of the nuclear fuel material is not important to the present invention. A variety of nuclear fuel materials can be used, including uranium compounds, plutonium compounds, thorium compounds and mixtures thereof, but preferred is uranium dioxide or a mixture of uranium dioxide and plutonium dioxide.

次に第2図を見ると、燃料要素]4の中心芯材16を成
す核燃料物質が被覆容器エフによって包囲されている。
Next, looking at FIG. 2, the nuclear fuel material forming the central core 16 of the fuel element 4 is surrounded by the cladding vessel F.

被覆容器17内には、原子炉内における使用に際して中
心芯材]6と被覆容器17との間に間隙23を残すよう
にして中心芯材16か封入されている。被覆容器17は
耐食性ジルコニウム合金製の合金管21から戒っている
。なお、合金管21は上記のごとき第■、第2または第
3のジルコニウム合金を用いて製造される。
A central core material 16 is enclosed within the covering container 17 so as to leave a gap 23 between the central core material 6 and the covering container 17 when used in a nuclear reactor. The coating container 17 is made of an alloy tube 21 made of a corrosion-resistant zirconium alloy. Note that the alloy tube 21 is manufactured using the above-mentioned zirconium alloy No. 1, second or third.

上記のことき第1、第2または第3のジルコニウム合金
はまた、所望に応じて約0.09〜O116〈重量)%
の酸素をも含有し得る点に留意されたい。本発明の合金
のごときジルコニウム合金を製造するために使用される
市販のスポンジ状ジルコニウムの多くは少量の酸素を含
有しているが、その量は概して800〜1300ppm
程度である。
The first, second or third zirconium alloy as described above may also optionally contain from about 0.09 to 116% (by weight) O.
Note that it may also contain oxygen. Many of the commercially available spongy zirconiums used to make zirconium alloys, such as those of the present invention, contain small amounts of oxygen, typically between 800 and 1300 ppm.
That's about it.

場合によっては、合金中の酸素含量を増加させるのか望
ましいこともある。酸素の増加は、室温降伏強さを向上
させる方法の1つである。このように、本発明の合金は
所望に応じ酸素を追加しながら製造することができるが
、酸素の追加は合金の耐食性にほとんどもしくは全く影
響を及ぼさない。
In some cases, it may be desirable to increase the oxygen content in the alloy. Increasing oxygen is one way to improve room temperature yield strength. Thus, the alloys of the present invention can be made with added oxygen if desired, but the addition of oxygen has little or no effect on the corrosion resistance of the alloy.

次の第3図を見ると、本発明の別の実施の¥3様に基つ
く耐食性燃料要素が示されている。すなわち、燃料要素
14の中心芯材16を成す核燃料物質が複合被覆容器1
7によって包囲されている。
Turning now to FIG. 3, there is shown a corrosion resistant fuel element based on another implementation of the present invention. That is, the nuclear fuel material forming the central core material 16 of the fuel element 14 is
Surrounded by 7.

複合被覆容器↑7内には、原子炉内における使用に際し
て中心芯材16と複合被覆容器17との間に間隙23を
残すようにして中心芯材16が封入されている。かかる
複合被覆容器17は、上記のごとき第1、第2または第
3のジルコニウム合金を用いて製造された合金管21を
含んている。合金管21の内面には金属隔壁層22が結
合されていて、この金属隔壁層22は合金管21と(複
合被覆容器内に保持された)中心芯材16との間の遮蔽
体を成す。金属隔壁層22は中性子吸収の少ない材料(
すなわち、中純度ジルコニウム〉から成り、かつ複合被
覆容器J7の厚さの約1〜約30%を占める。中純度ジ
ルコニウムの一例としてはスポンジ状ジルコニウムが挙
げられる。かかる金属隔壁層22は複合被覆容器17の
ジルコニウム合金管部分が核燃料物質からのガスおよび
核分裂生成物と接触して反応するのを防止すると共に、
局部的な応力およびひずみの発生をも防止する。
The central core material 16 is enclosed within the composite covering container ↑7 so as to leave a gap 23 between the central core material 16 and the composite covering container 17 when used in a nuclear reactor. The composite coated container 17 includes an alloy tube 21 manufactured using the first, second, or third zirconium alloy as described above. Bonded to the inner surface of the alloy tube 21 is a metal barrier layer 22 which provides a shield between the alloy tube 21 and the central core 16 (held within the composite envelope). The metal partition layer 22 is made of a material with low neutron absorption (
That is, it is made of medium-purity zirconium and accounts for about 1 to about 30% of the thickness of the composite coated container J7. An example of medium purity zirconium is sponge-like zirconium. Such metal barrier layer 22 prevents the zirconium alloy tube portion of the composite cladding vessel 17 from contacting and reacting with gases and fission products from the nuclear fuel material;
It also prevents the generation of local stresses and strains.

金属隔壁層22を構成する中純度ジルコニウムの含有成
分は重要であって、それらは金属隔壁層22に特別の性
質を付与するために役立つ。−殻内に述べれば、金属隔
壁層22の材料中には重量基準て約1000 ppm以
上かつ約5000 ppm未満好ましくは約4200p
pm未満の不純物が存在する。それらの不純物のうち、
酸素は約200〜約]、200ppmの範囲内Gこ保た
れる。その他の不純物はいずれも、市販の原子炉用スポ
ンジ状ジルコニウムにおける正常含量範囲内にあればよ
い。
The medium-purity zirconium content of the metal barrier layer 22 is important and serves to impart special properties to the metal barrier layer 22. - Inside the shell, the material of the metal barrier layer 22 contains at least about 1000 ppm and less than about 5000 ppm, preferably about 4200 ppm by weight.
Impurities below pm are present. Among those impurities,
Oxygen is maintained within the range of about 200 ppm to about 200 ppm. All other impurities may be within the normal content range of commercially available zirconium sponge for nuclear reactors.

次の第4図を見ると、本発明の更に別の実施の態様に基
づく耐食性燃料要素が示されている。すなわち、燃料要
素14の中心芯材16を成す核燃 9 0 和物質か複合被覆容器17によって包囲されている。複
合被覆容器17内には、原子炉内における使用に際して
中心芯材16と複合被覆容器17との間に間隙23を残
すようにして中心芯材16が封入されている。かかる複
合被覆容器17は、ジルカロイ合金から成る合金管30
を含んでいる。
Turning now to FIG. 4, a corrosion resistant fuel element according to yet another embodiment of the present invention is shown. That is, the nuclear fuel 90 material forming the central core 16 of the fuel element 14 is surrounded by a composite envelope 17 . The center core material 16 is enclosed within the composite covering container 17 so that a gap 23 is left between the center core material 16 and the composite covering container 17 when used in a nuclear reactor. Such a composite coated container 17 includes an alloy tube 30 made of Zircaloy alloy.
Contains.

合金管30の外面には金属表面層32か結合されていて
、この金属表面層32は合金管30に対する腐食防止用
の保護遮蔽体を成す。金属表面層32は上記のことき第
1、第2または第3のジルコニウム合金から成ると共に
、合金管30の厚さの約5〜20%に等しい厚さを有す
る。かかる金属表面層32は、複合被覆容器17のジル
カロイ合金管部分の結節状腐食を防止するために役立つ
A metal surface layer 32 is bonded to the outer surface of the alloy tube 30 and provides a protective shield for the alloy tube 30 to prevent corrosion. The metal surface layer 32 is comprised of the first, second, or third zirconium alloy described above and has a thickness equal to about 5-20% of the thickness of the alloy tube 30. Such a metal surface layer 32 serves to prevent nodular corrosion of the Zircaloy alloy tube portion of the composite coated vessel 17.

次の第5図を見ると、本発明の更に別の実施の態様に基
づく耐食性燃料要素か示されている。すなわち、燃料要
素14の中心芯材16を威す核燃料物質が複合被覆容器
17によって包囲されている。複合被覆容器17内には
、原子炉内における使用に際して中心芯材16と複合被
覆容器17との間に間隙23を残すようにして中心芯材
16が封入されている。かかる複合被覆容器17は、ジ
ルカロイ合金から成る合金管30を含んでいる。
Turning now to FIG. 5, there is shown a corrosion resistant fuel element according to yet another embodiment of the present invention. That is, the nuclear fuel material enclosing the central core 16 of the fuel element 14 is surrounded by the composite cladding vessel 17. The center core material 16 is enclosed within the composite covering container 17 so that a gap 23 is left between the center core material 16 and the composite covering container 17 when used in a nuclear reactor. The composite coated container 17 includes an alloy tube 30 made of Zircaloy alloy.

合金管30の内面には金属隔壁層22が結合されていて
、この金属隔壁層22は合金管30と(複合被覆容器内
に保持された)中心芯材16との間の遮蔽体を成す。金
属隔壁層22は中性子吸収の少ない材料(すなわち、上
記のごとき中純度ジルコニウム)から成り、かつ合金管
30の厚さの約1〜約30%に等しい厚さを有する。か
かる金属隔壁層22は複合被覆容器17のジルカロイ合
金管部分が核燃料物質からのカスおよび核分裂生成物と
接触して反応するのを防止すると共に、局部的な応力お
よびひずみの発生をも防止する。他方、合金管30の外
面には金属表面層32が結合されている。金属表面層3
2は上記のごとき第1、第2または第3のジルコニウム
合金から成ると共に、合金管30の厚さの約5〜20%
に等しい厚さを有する。かかる金属表面層32は、複合
被覆容器17のジルカロイ合金管部分の結節状腐食を防
止するために役立つ。
Bonded to the inner surface of the alloy tube 30 is a metal barrier layer 22 that provides a shield between the alloy tube 30 and the central core 16 (held within the composite jacket). Metal barrier layer 22 is comprised of a material with low neutron absorption (ie, medium purity zirconium as described above) and has a thickness equal to about 1 to about 30% of the thickness of alloy tube 30. Such metal barrier layer 22 prevents the Zircaloy alloy tube portion of composite cladding vessel 17 from contacting and reacting with scum and fission products from the nuclear fuel material, and also prevents the generation of local stress and strain. On the other hand, a metal surface layer 32 is bonded to the outer surface of the alloy tube 30. Metal surface layer 3
2 is made of the first, second, or third zirconium alloy as described above, and is about 5 to 20% of the thickness of the alloy tube 30.
has a thickness equal to . Such a metal surface layer 32 serves to prevent nodular corrosion of the Zircaloy alloy tube portion of the composite coated vessel 17.

上記のごとき複合被覆容器において金属隔壁層を構成す
るスポンジ状ジルコニウムは放射線硬化に対して高度の
抵抗性を有するから、長期の照射後においても、金属隔
壁層は降伏強さや硬さのごとき所望の構造特性を通常の
ジルコニウム合金の場合よりもかなり低いレベルに維持
することができる。実際、かかる金属隔壁層は照射を受
けた場合にも通常のジルコニウム合金はど硬化しない。
The spongy zirconium that constitutes the metal barrier layer in the above composite coated container has a high degree of resistance to radiation hardening, so even after long-term irradiation, the metal barrier layer maintains the desired yield strength and hardness. Structural properties can be maintained at significantly lower levels than with conventional zirconium alloys. In fact, such metal barrier layers do not harden as normal zirconium alloys when subjected to irradiation.

その結果、元来低い降伏強さを有する金属隔壁層は過渡
的な出力変化に際して塑性変形を示し、それによって燃
料要素中のペレット誘起応力を緩和するのである。燃料
要素中のペレット誘起応力とは、たとえば、原子炉の運
転温度(300〜350℃)において核燃料ベレットが
膨張して被覆に接触することによって生じ得るものであ
る。
As a result, the metal barrier layer, which has an inherently low yield strength, exhibits plastic deformation during transient power changes, thereby relieving pellet-induced stresses in the fuel element. Pellet-induced stresses in the fuel element can be caused, for example, by the expansion of nuclear fuel pellets into contact with the cladding at reactor operating temperatures (300-350<0>C).

更にまた、合金管に結合されたスポンジ状ジルコニウム
の金属隔壁層の厚さは複合被覆容器の厚さの約5〜15
%に等しいことか好ましく、また複合被覆容器の厚さの
10%に等しければ特に好ましいことも判明した。この
ような場合には、応力の低減が達成されると共に、複合
被覆容器の破損を防止するのに十分な隔壁効果が得られ
ることになる。
Furthermore, the thickness of the spongy zirconium metal barrier layer bonded to the alloy tube is about 5 to 15 times the thickness of the composite jacket.
%, and it has also been found that it is particularly preferred if it is equal to 10% of the thickness of the composite coated container. In such a case, a reduction in stress will be achieved and a barrier effect sufficient to prevent failure of the composite coated container will be achieved.

本発明の燃料要素において使用される耐食性被覆容器は
、上記のごとき第■、第2または第3のジルコニウム合
金から成るビレットを用いて製造することができる。か
かるビレットが590〜650’Cに加熱され、そして
押出される。こうして押出された管に通常の減径操作を
施すことにより、所望の寸法を持った被覆容器が得られ
る。
The corrosion-resistant coated container used in the fuel element of the present invention can be manufactured using a billet made of the above-mentioned zirconium alloy No. 1, second or third. The billet is heated to 590-650'C and extruded. By subjecting the thus extruded tube to a conventional diameter reduction operation, a coated container having the desired dimensions can be obtained.

もう1つの方法によれば、金属隔壁層を形成するように
選ばれたスポンジ状ジルコニウムから成る中空のつばが
、上記のごとき第1、第2または第3のジルコニウム合
金から成る中空のビレット内に挿入される。かかる集合
体が590〜650℃の範囲内の温度に加熱され、そし
て押出される。
According to another method, a hollow collar of spongy zirconium selected to form a metal barrier layer is placed within a hollow billet of a first, second or third zirconium alloy as described above. inserted. Such a mass is heated to a temperature within the range of 590-650°C and extruded.

こうして押出された管に通常の減径操作を施すことによ
り、所望の寸法を持った複合被覆容器が得られる。
By subjecting the thus extruded tube to a conventional diameter reduction operation, a composite coated container having the desired dimensions is obtained.

3 4 更にもう1つの方法によれば、ジルカロイ合金から成る
管素材が用意され、そしてそれの外側に外管が配置され
る。この外管は、上記のごとき第1、第2または第3の
ジルコニウム合金から戒っている。かかる集合体が59
0〜650’Cの範囲内の温度に加熱され、そして押出
される。こうして押出された管に通常の減径操作を施す
ことにより、所望の寸法を持った複合被覆容器か得られ
る。
3 4 According to yet another method, a tube stock made of Zircaloy alloy is provided and an outer tube is placed outside it. The outer tube is made of a first, second or third zirconium alloy as described above. Such an aggregate is 59
It is heated to a temperature within the range of 0-650'C and extruded. By subjecting the thus extruded tube to a conventional diameter reduction operation, a composite coated container having the desired dimensions is obtained.

更にもう1つの方法によれは、ジルカロイ合金から成る
管素材が用意され、そしてそれの外側に外管が配置され
る。この外管は、上記のことき第1、第2または第3の
ジルコニウム合金から或っている。また、金属隔壁層を
形成するように選ばれたスポンジ状ジルコニウムから成
る中空のつばが管素材の内部に挿入される。かかる集合
体か590〜650°Cの範囲内の温度に加熱され、そ
して押出される。こうして押出された管に通常の減径操
作を施すことにより、所望の寸法を持つfS複合被覆容
器が得られる。
According to yet another method, a tube stock made of Zircaloy alloy is provided and an outer tube is placed outside it. The outer tube is made of the first, second or third zirconium alloy described above. A hollow collar of spongy zirconium selected to form a metal barrier layer is also inserted inside the tube stock. The mass is heated to a temperature within the range of 590-650°C and extruded. By subjecting the thus extruded tube to a conventional diameter reduction operation, an fS composite coated container having the desired dimensions is obtained.

上記のごとき減径操作に際しては中間位なましおよび最
終焼なましが実施される。かかる焼なよしは570〜5
90℃の範囲内の温度において行われる。
An intermediate annealing and a final annealing are performed during the diameter reduction operation as described above. The grilled Nayoshi is 570-5
It is carried out at a temperature within the range of 90°C.

本発明はまた、(1)ジルコニウム合金、(2〉ジルコ
ニウム合金および内部の隔壁層、(3)ジルカロイ合金
および外部の表面層、あるいは(4〉ジルカロイ合金、
外部の表面層および内部の隔壁層のいずれかから成る被
覆容器もしくは複合被覆容器を用いて燃料要素を製造す
る方法をも含んでいる。
The present invention also provides (1) a zirconium alloy, (2) a zirconium alloy and an internal barrier layer, (3) a zircaloy alloy and an external surface layer, or (4) a zircaloy alloy,
Also included is a method of manufacturing a fuel element using a cladding or a composite cladding comprising either an external surface layer and an internal barrier layer.

一端が開いた被覆容器内に、該容器との間に間隙を残し
かつ該容器の開放端に空所を残すようにして核燃料物質
の中心芯材が充填される。次いで、上記の空所内に核燃
料保持手段が挿入され、そして被覆容器の開放端に閉鎖
手段が配置される。その結果、上記の空所は核燃料物質
と連絡した状態に保たれる。その後、被覆容器の開放端
を閉鎖手段に接合することにより、両者間に気密封止部
が形成される。
A core of nuclear fuel material is filled into a jacketed container open at one end, leaving a gap therebetween and a void at the open end of the container. A nuclear fuel holding means is then inserted into said cavity and a closing means is placed at the open end of the cladding vessel. As a result, said cavity is kept in communication with the nuclear fuel material. Thereafter, the open end of the coated container is joined to the closure means to form a hermetic seal therebetween.

本発明は、燃料要素の実用寿命を延ばすような幾つかの
利点をもたらす。すなわち、結節状腐食抵抗性の向上に
より、被覆容器の強度および健全性が保護される。隔壁
層を有する複合被覆容器については、該容器上における
化学的相互作用の低減、該容器のジルコニウム合金管部
分に加わる局部的な応力の低減、および該容器のジルコ
ニウム合金管部分における応力腐食やひすみ腐食の低減
により、ジルコニウム合金管部分に破裂が生しる可能性
が減少する。本発明はまた、核燃料物質が膨張してジル
コニウム合金管に直接に接触することを抑制する結果、
合金管上における局部的な応力の発生、合金管の応力腐
食の開始または促進、および合金管に対する核燃料物質
の付着をも低減させる。
The present invention provides several advantages, such as extending the service life of the fuel element. That is, improved nodular corrosion resistance protects the strength and integrity of the coated vessel. Composite coated containers with bulkhead layers reduce chemical interactions on the container, reduce local stress on the zirconium alloy tubing portion of the container, and reduce stress corrosion and cracking in the zirconium alloy tubing portion of the container. Reducing fillet corrosion reduces the likelihood of rupture in the zirconium alloy tube section. The present invention also suppresses nuclear fuel material from expanding and directly contacting the zirconium alloy tube, resulting in
It also reduces the generation of local stress on the alloy tube, the initiation or acceleration of stress corrosion of the alloy tube, and the adhesion of nuclear fuel material to the alloy tube.

本発明の複合被覆容器の重要な特性の■つは、中性子吸
収の実質的な増加を生じることなしに上記のことき改善
が達成されることである。また、本発明の複合被覆容器
において生しる伝熱障害は極めて少ない。なぜなら、燃
料要素内に独立の箔またはライナが挿入された場合のご
とくに熱の伝達を妨害する断熱層が存在しないからであ
る。更にまた、本発明の複合被覆容器は製造および使用
の様々な段階において通常の非破壊試験方法により検査
することもできる。
An important characteristic of the composite coated container of the present invention is that the above improvements are achieved without substantial increases in neutron absorption. Furthermore, the composite coated container of the present invention causes extremely few heat transfer problems. This is because there is no insulation layer to impede heat transfer as there would be if a separate foil or liner were inserted within the fuel element. Furthermore, the composite coated containers of the present invention can be tested by conventional non-destructive testing methods at various stages of manufacture and use.

本発明において使用されるジルコニウム合金の改善され
た結節状腐食抵抗性を例示するため、以下に実施例を示
す。
Examples are provided below to illustrate the improved nodular corrosion resistance of the zirconium alloys used in the present invention.

実施例1 第1表中には、3種の相異なる冷間圧延・熱処理状態に
あるジルカロイ−2から成る最後の3つの合金と共に、
本発明に基づく各種の合金か示されている。−様腐食抵
抗性を評価するため、(放射線源を除いた)原子炉運転
条件と同等な条件、すなわち288℃の温度および15
00psigの圧力を使用しなからs ppmの酸素を
含有する水中において上記の合金を試験した。
Example 1 In Table 1, the last three alloys are comprised of Zircaloy-2 in three different cold rolled and heat treated conditions:
Various alloys according to the invention are shown. --like corrosion resistance under conditions equivalent to nuclear reactor operating conditions (excluding the radiation source), i.e., a temperature of 288 °C and a temperature of 15 °C.
The above alloys were tested in water containing s ppm oxygen using a pressure of 1,000 psig.

第1表中に示された結果かられかる通り、本発明合金の
試験片は優れた一様腐食抵抗性を示した。
As can be seen from the results shown in Table 1, the specimens made of the alloy of the present invention exhibited excellent uniform corrosion resistance.

すなわち、遥かに長い期間にわたって試験したにもかか
わらず、本発明合金の試験片の腐食速度はジルカロイ−
2試験片の腐食速度と同等であった。
That is, despite being tested over a much longer period of time, the corrosion rate of specimens made of the alloy of the present invention was lower than that of Zircaloy.
The corrosion rate was the same as that of the No. 2 test piece.

 7 8 このような条件下での試験においては、いずれの 試験片も結節状腐食生成物の形跡を示さなかった。7 8 In testing under these conditions, either The specimens also showed no evidence of nodular corrosion products.

実施例2 第2表中には、本発明合金の結節状腐食に対する感受性
を判定するために行った試験の結果か示されている。か
かる試験は、510℃および1500 psigの条件
下で蒸気に暴露することによって行った。これらの試験
条件は、原子炉内において使用されたジルカロイ合金上
に時々見られるものと同じ結節状腐食生成物を(750
°Cで48時間にわたる焼なましを施した)ジルカロイ
合金上に実験室内で生成させるような条件である。比較
のために述べれば、焼なましを施したジルカロイ合金を
同し試験条件下で試験した場合の重量増加は数千mg/
dm2程度てあった。
Example 2 Table 2 shows the results of tests carried out to determine the susceptibility of the alloys of the invention to nodular corrosion. Such testing was conducted by exposure to steam at 510° C. and 1500 psig. These test conditions produced the same nodular corrosion products (750
Conditions such as those produced in the laboratory on Zircaloy alloys (annealed for 48 hours at °C). For comparison, an annealed Zircaloy alloy tested under the same test conditions would have a weight gain of several thousand mg/kg.
It was about dm2.

第2表の試験もまた、様々な冷間圧延・熱処理状態にお
いて行った。第2表中に示された結果は、これらの合金
の耐食性が試験片の熱処理状態にあまり依存しないこと
を示している。とは言え、溶質として銅およびニッケル
を含有する合金には熱処理を施すことが好ましい。一部
の合金に関しては、冷間圧延板から成る試験片を使用し
なから、焼なましを施さない場合と施した場合との両方
について試験を行った。また、2種の合金については、
冷間圧延および焼なましを施した試験片のみを用いて試
験を行った。試験した本発明合金に関しては、いずれの
場合にも750 ’Cで48時間にわたる焼なましを施
したが、この熱処理は蒸気を用いた実験室内試験に際し
てジルカロイ−2から結節状腐食抵抗性を奪い去るよう
なものである。
The tests in Table 2 were also conducted at various cold rolling and heat treating conditions. The results shown in Table 2 show that the corrosion resistance of these alloys is not significantly dependent on the heat treatment conditions of the specimens. However, it is preferable to heat treat alloys containing copper and nickel as solutes. Some alloys were tested both unannealed and annealed using specimens made from cold rolled sheets. Also, regarding the two types of alloys,
Tests were conducted using only cold rolled and annealed specimens. In each case, the tested alloys of the invention were annealed at 750'C for 48 hours, a heat treatment that removed the nodular corrosion resistance from Zircaloy-2 during laboratory tests using steam. It's like leaving.

第2表中に示された重量増加はいずれも、(750’C
で48時間の焼なましにより)増感されたジルカロイ合
金を試験した場合に得られる結果よりも遥かに優れてい
る。試験した本発明合金の多くは100 mg/+Im
2未満の重量増加を示し、また残り1種の合金も107
 mg/dm2の重量増加を示した。それに対し、増感
されたジルカロイ合金を同し試験条件下で試験した場合
に得られる重量増加は前述のごとくに数千mg/dm2
程度なのである。
All weight increases shown in Table 2 are at (750'C
The results are much better than those obtained when testing Zircaloy alloys that have been sensitized (by annealing for 48 hours). Many of the inventive alloys tested were 100 mg/+Im
The remaining alloy also showed a weight increase of less than 107
It showed a weight increase of mg/dm2. In contrast, when a sensitized Zircaloy alloy is tested under the same test conditions, the weight gain obtained is several thousand mg/dm2, as mentioned above.
It's just a matter of degree.

本発明の合金において実証された重量増加の低減に加え
て、これらの合金のいずれもが結節状腐食生成物の形跡
を示さなかった。このように、」ニ記のごとき試験条件
下においてこれらの合金が結節状腐食抵抗性の向上を示
すことは明らがである。
In addition to the reduced weight gain demonstrated in the present alloys, none of these alloys showed evidence of nodular corrosion products. It is thus clear that these alloys exhibit improved nodular corrosion resistance under the test conditions described in section 2.

3 443 44

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施の一態様に従って製造された燃料
要素を含む燃料集合体の部分切欠き断面図、第2図は第
1図中の線2−2に関する燃ね要素の拡大横断面図、そ
して第3〜5図は本発明のその他の実施の態様に従って
製造された3種の燃料要素の拡大横断面図である。 図中、]0は燃料集合体、11はチャネル、]4は燃料
要素、15は上部タイプレート、16は中心芯材、17
は被覆容器または複合被覆容器、18は閉鎖手段または
端栓、1つは支柱、20は空所、2コはジルコニウム合
金管、22は金属隔壁層、23は間隙、24は核燃料物
質保持手段、30はジルカロイ合金管、そして32は金
属表面層を表わす。 特開平3 64427 (14) FIG。
FIG. 1 is a partially cutaway cross-sectional view of a fuel assembly including a fuel element manufactured in accordance with one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the combustion element taken along line 2--2 in FIG. 3-5 are enlarged cross-sectional views of three fuel elements made in accordance with other embodiments of the present invention. In the figure, ] 0 is the fuel assembly, 11 is the channel, ] 4 is the fuel element, 15 is the upper tie plate, 16 is the center core material, 17
is a covering container or a composite covering container, 18 is a closing means or an end plug, 1 is a column, 20 is a cavity, 2 is a zirconium alloy tube, 22 is a metal partition layer, 23 is a gap, 24 is a nuclear fuel material holding means, 30 represents a Zircaloy alloy tube, and 32 represents a metal surface layer. JP-A-3 64427 (14) FIG.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、約0.5〜2.0(重量)%のスズ、約0.24〜
0.40(重量)%の溶質および残部のジルコニウムか
ら成っていて、前記溶質が銅、ニッケルおよび鉄から成
り、かつ銅の含量が少なくとも0.05(重量)%であ
ることを特徴とする耐食性合金。 2、0.09〜0.16(重量)%の酸素を追加含有す
る請求項1記載の耐食性合金。 3、約0.5〜2.0(重量)%のスズ、それぞれ0.
05〜0.20(重量)%の含量で存在する銅、鉄およ
びニッケルから組成された溶質、並びに残部のジルコニ
ウムから成ることを特徴とする耐食性合金。 4、0.09〜0.16(重量)%の酸素を追加含有す
る請求項3記載の耐食性合金。 5、約0.5〜2.0(重量)%のスズ、約0.25〜
0.35(重量)%の溶質および残部のジルコニウムか
ら成っていて、前記溶質が銅およびニッケルから成り、
かつ銅の含量が少なくとも0.05(重量)%であるこ
とを特徴とする耐食性合金。 6、0.09〜0.16(重量)%の酸素を追加含有す
る請求項5記載の耐食性合金。 7、(a)0.5〜2.0(重量)%のスズ、0.24
〜0.40(重量)%の溶質および残部のジルコニウム
から成り、かつ前記溶質が銅、ニッケルおよび鉄から成
るようなジルコニウム合金を用いて製造された合金管か
ら構成された細長い被覆容器、(b)ウラン化合物、プ
ルトニウム化合物、トリウム化合物およびそれらの混合
物から成る群より選ばれた核燃料物質から成ると共に、
前記容器との間に間隙を残しかつ前記容器の一端に空所
を残すようにして前記容器の内部に配置されて前記容器
を部分的に充填している中心芯材、(c)前記容器の各
端にそれと一体を成しながら封止状態で固定された閉鎖
手段、並びに(d)前記空所内に配置された核燃料物質
保持手段の諸要素から成ることを特徴とする耐食性燃料
要素。 8、前記ジルコニウム合金が0.5〜2.0(重量)%
のスズ、それぞれ0.05〜0.20(重量)%の含量
で存在する銅、鉄およびニッケルから組成された溶質、
並びに残部のジルコニウムから成る請求項7記載の耐食
性燃料要素。 9、前記ジルコニウム合金が0.5〜2.0(重量)%
のスズ、0.25〜0.35(重量)%の溶質および残
部のジルコニウムから成っていて、前記溶質が銅および
ニッケルから成り、かつ銅の含量が少なくとも0.05
(重量)%である請求項7記載の耐食性燃料要素。 10、前記被覆容器が前記合金管の内面に対してスポン
ジ状ジルコニウムの隔壁層を冶金的に結合して成る複合
被覆容器であって、前記隔壁層の厚さが前記合金管の厚
さの約1〜30%に等しい請求項7記載の耐食性燃料要
素。 11、前記ジルコニウム合金が0.9〜0.16(重量
)%の酸素を追加含有する請求項7記載の耐食性燃料要
素。 12、(a)ジルカロイ合金製の合金管と、前記合金管
の外側に結合されかつ前記合金管の厚さの約5〜20%
に等しい厚さを有するジルコニウム合金の表面層とから
構成されていて、前記ジルコニウム合金が0.5〜2.
0(重量)%のスズ、0.24〜0.40(重量)%の
溶質および残部のジルコニウムから成ると共に、前記溶
質が銅、ニッケルおよび鉄から成り、かつ銅の含量が少
なくとも0.05(重量)%であるような細長い複合被
覆容器、(b)ウラン化合物、プルトニウム化合物、ト
リウム化合物およびそれらの混合物から成る群より選ば
れた核燃料物質から成ると共に、前記容器との間に間隙
を残しかつ前記容器の一端に空所を残すようにして前記
容器の内部に配置されて前記容器を部分的に充填してい
る中心芯材、(c)前記容器の各端にそれと一体を成し
ながら封止状態で固定された閉鎖手段、並びに(d)前
記空所内に配置された核燃料物質保持手段の諸要素から
成ることを特徴とする耐食性燃料要素。 13、前記ジルコニウム合金が0.5〜2.0(重量)
%のスズ、それぞれ0.05〜0.20(重量)%の含
量で存在する銅、鉄およびニッケルから組成された溶質
、並びに残部のジルコニウムから成る請求項12記載の
耐食性燃料要素。 14、前記ジルコニウム合金が0.5〜2.0(重量)
%のスズ、0.25〜0.35(重量)%の溶質および
残部のジルコニウムから成っていて、前記溶質が銅およ
びニッケルから成り、かつ銅の含量が少なくとも0.0
5(重量)%である請求項12記載の耐食性燃料要素。 15、前記ジルコニウム合金が0.9〜0.16(重量
)%の酸素を追加含有する請求項12記載の耐食性燃料
要素。 16、前記複合被覆容器が前記合金管の内面に対して冶
金的に結合されたスポンジ状ジルコニウムの隔壁層を有
していて、前記隔壁層の厚さが前記合金管の厚さの約1
〜30%に等しい請求項12記載の耐食性燃料要素。
[Claims] 1. about 0.5-2.0% (by weight) tin, about 0.24-2.0% tin;
Corrosion resistance, characterized in that it consists of 0.40% (by weight) solute and the balance zirconium, said solute consists of copper, nickel and iron, and the content of copper is at least 0.05% (by weight) alloy. 2. Corrosion-resistant alloy according to claim 1, additionally containing 0.09 to 0.16% (by weight) of oxygen. 3. about 0.5-2.0% (by weight) tin, each 0.
Corrosion-resistant alloy, characterized in that it consists of a solute composed of copper, iron and nickel, present in a content of 0.05 to 0.20% (by weight), and the remainder zirconium. 4. Corrosion-resistant alloy according to claim 3, additionally containing 0.09 to 0.16% (by weight) of oxygen. 5. Approximately 0.5 to 2.0% (by weight) tin, approximately 0.25 to 2.0% (by weight)
0.35% (by weight) of solute and balance zirconium, said solute consisting of copper and nickel;
and a copper content of at least 0.05% (by weight). 6. Corrosion-resistant alloy according to claim 5, additionally containing 0.09 to 0.16% (by weight) of oxygen. 7. (a) 0.5-2.0% (by weight) tin, 0.24
an elongated coated vessel constructed from an alloy tube made of a zirconium alloy consisting of ~0.40% (by weight) solute and the balance zirconium, said solute consisting of copper, nickel and iron, (b ) consisting of nuclear fuel material selected from the group consisting of uranium compounds, plutonium compounds, thorium compounds and mixtures thereof;
(c) a central core material disposed within the container to partially fill the container, leaving a gap between the container and a void at one end of the container; A corrosion-resistant fuel element, characterized in that it comprises closure means integrally and sealingly secured thereto at each end, and (d) elements of nuclear fuel material retention means disposed within said cavity. 8. The zirconium alloy is 0.5 to 2.0% (by weight)
of tin, a solute composed of copper, iron and nickel, each present in a content of 0.05-0.20% (by weight);
8. The corrosion resistant fuel element of claim 7, further comprising zirconium and the balance zirconium. 9. The zirconium alloy is 0.5 to 2.0% (by weight)
of tin, 0.25-0.35% (by weight) of solute and the balance zirconium, said solute consisting of copper and nickel, and the copper content is at least 0.05%.
% (by weight). 10. A composite coated vessel in which the coated vessel is formed by metallurgically bonding a partition layer of sponge-like zirconium to the inner surface of the alloy tube, wherein the thickness of the partition layer is approximately equal to the thickness of the alloy tube. Corrosion resistant fuel element according to claim 7, wherein the corrosion resistant fuel element is equal to 1 to 30%. 11. The corrosion-resistant fuel element of claim 7, wherein said zirconium alloy additionally contains 0.9-0.16% (by weight) oxygen. 12. (a) An alloy tube made of Zircaloy alloy, and a tube connected to the outside of the alloy tube and having a thickness of about 5 to 20% of the alloy tube.
a surface layer of a zirconium alloy having a thickness equal to 0.5 to 2.
0% (by weight) tin, 0.24-0.40% (by weight) solute and the balance zirconium, said solute consisting of copper, nickel and iron, and the copper content being at least 0.05% (by weight). (b) comprising a nuclear fuel material selected from the group consisting of uranium compounds, plutonium compounds, thorium compounds and mixtures thereof, leaving a gap between said container and said container; (c) a central core disposed within the container, partially filling the container, leaving a void at one end of the container; (c) a seal integrally attached to each end of the container; Corrosion-resistant fuel element, characterized in that it consists of closure means fixed in a stationary state, and (d) elements of nuclear fuel material retention means arranged in said cavity. 13. The zirconium alloy is 0.5 to 2.0 (weight)
13. Corrosion-resistant fuel element according to claim 12, consisting of a solute composed of copper, iron and nickel present in a content of 0.05% to 0.20% (by weight) each, and the balance zirconium. 14. The zirconium alloy is 0.5 to 2.0 (weight)
% tin, 0.25-0.35% (by weight) solute and the balance zirconium, said solute consisting of copper and nickel, and the copper content being at least 0.0%.
13. The corrosion resistant fuel element of claim 12, wherein the corrosion resistant fuel element is 5% (by weight). 15. The corrosion resistant fuel element of claim 12, wherein said zirconium alloy additionally contains 0.9-0.16% (by weight) oxygen. 16. The composite coated container has a spongy zirconium barrier layer metallurgically bonded to the inner surface of the alloy tube, and the barrier layer has a thickness of about 1 the thickness of the alloy tube.
13. The corrosion resistant fuel element of claim 12, wherein the corrosion resistant fuel element is equal to -30%.
JP2134236A 1989-05-25 1990-05-25 Corrosion resistant zirconium and fuel element using the same Expired - Lifetime JPH0776400B2 (en)

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